简明量子力学 吴飙.zip

量子力学诞生于二十世纪之初，是科学史上最深刻的革命之一。它颠覆了经 典物理中许多基本观念，为我们描绘了原子分子以及更小基本粒子的神奇行 为，而且它带来的技术革命已经并正在深刻改变人类社会的方方面面。尽管 它是如此的重要，但很长一段时间量子力学只被物理学家，少数哲学家和相 关人士关心。最近随着量子信息技术的发展，量子力学越来越受到大众的关 注。 本书试图向大众严肃而又通俗地介绍量子力学。通俗是指向尽可能多的人讲 述和展示量子力学的美妙和神奇；严肃则意味着用数学来描述量子力学中最 深刻的结果，而不只是文字叙述。为了平衡这两点，我假定读者都熟悉高中 的数学知识。对于任何超越高中水平的数学，比如矩阵，线性空间等，我将 按照需要多少讲解多少的方式介绍，适可而止不过分深入。这些超越高中水 平的数学也不难，只要读者有毅力和耐心去做些简单的练习，就很快会熟悉 和掌握。没有练习就没有理解。 1900 年普朗克揭开了量子物理的第一层神秘面纱，量子力学的基本框架完 成于1926 年，那年薛定谔写下了他不朽的方程。在这大约四分之一世纪里， 伟大的量子先驱们用他们卓越的智慧，非凡的想象和不懈的努力将人类带入 了神奇的量子世界并酝酿了一场翻天覆地的技术革命。 本书将先简短讲述量子力学的发展历史，介绍量子先驱们和他们传奇的事 迹。然后我将介绍那个神奇的量子世界：生活在希尔伯特空间的量子态、量 子全同性、线性叠加、海森堡不确定性关系、量子纠缠、贝尔不等式、量子 能级、薛定谔猫和多世界理论等。为了和经典物理比较，我将在介绍量子力 学之前介绍经典力学。在本书最后，我将简要介绍量子计算和量子通信。 vii 吴飙0. 前言 本书对于物理专业的学生也会有很多帮助。物理系的学生经常迷失于求解薛 定谔方程之中：掌握了很多数学公式，却没有很好地领会量子力学的基本要 义。另外，传统的量子力学教科书不讲授量子纠缠和量子信息，本书对它们 的介绍正好弥补了这个缺陷。 本书的第一、二、三章可以选读。不熟悉复数和线性代数的，一定要仔细阅 读第四章；数学好的读者也最好快速过一遍第四章，主要是熟悉狄拉克符号。 第五、六、七章是必读，是阅读后续章节的基础。第六章和第七章的阅读次 序可以随意。第八、九、十章最好按次序阅读。本书没有特意安排习题，但 书中时常出现的“有兴趣的读者...” 是在建议读者重复类似的推导或进行简 单的证明。 本书所有手工插图由孙兆程绘制；韩子朔提供了部分插图1。 吴飙 北京成府路209 号